Trzy miliardy lat temu sytuacja na Ziemi wyglądała inaczej. Po pierwsze, nie było wszędzie tego całego tlenu — pierwsze cyjanobakterie musiały wymyślić sposób na życie z wulkanicznego dwutlenku węgla, wody i światła słonecznego. Te dawne organizmy żyły beztlenowo, bez tlenu. Co dziwne, to, czym oddychamy dzisiaj, jest tym samym rodzajem atmosfery, który one nam umożliwiły, ponieważ produkt uboczny ich produkcji żywności – tlen – przejął ziemską atmosferę. Organizmy beztlenowe zostały wepchnięte w pozbawione tlenu zakamarki planety i pozostały proste i jednokomórkowe.
To zwierzę, ale bez mitochondriów
Jednak, gdy istnieje reguła, zwykle jest wyjątek i grupa naukowców odkryła małego, pasożytniczego parzydełka — krewnego meduzy — który najwyraźniej nie używa tlenu do oddychania.
To zwierzę, Henneguya salminicola, jest maleńkim pasożytem o głowie przypominającej obcego z długim ogonem, który żywi się tkanką mięśniową łososia i innych ryb. To eukariont — członek szerokiej grupy organizmów, która obejmuje większość żywych istot, które można zobaczyć gołym okiem: zwierzęta, rośliny, grzyby itp. Komórki eukariontów zawierają wszelkiego rodzaju fantazyjne organelle, które ich bardziej prymitywne odpowiedniki, prokariota nie mają. Jedną z tych organelli są mitochondria, struktura, która ma swój własny, maleńki genom, oddzielony od reszty organizmu i którą komórki eukariotyczne wykorzystują do wytwarzania energii za pomocą tlenu.
Ale w większych grupach, które nazywamy „eukariotami”, istnieje kilka jednokomórkowych gatunków niezwierzęcych, które są beztlenowe. Nie mają mitochondriów, ale mają coś, co naukowcy nazywają „organellami związanymi z mitochondriami”. Henneguya salminicola jest pierwszym zwierzęciem, które posiada tę cechę.
Ewolucja anomalii
„Przodkowie Henneguya prawie na pewno mieli mitochondria” – mówi w wywiadzie współautor badania Stephen Atkinson, profesor badań na Wydziale Mikrobiologii Uniwersytetu Stanowego Oregonu. „Wszyscy jego najbliżsi krewni mają mitochondria, więc ewolucja do beztlenowego stylu życia i utrata funkcjonalnych mitochondriów wydaje się być niedawną adaptacją samego tego gatunku — przynajmniej o tym wiemy do tej pory!”
W komórkach typowych zwierząt mitochondria wykorzystują tlen w wieloetapowym procesie wytwarzania energii chemicznej. Zespół badawczy odkrył, że pasożyt po prostu musiał przystosować się do środowiska z bardzo małą ilością dostępnego tlenu. Bez mitochondriów utracił instrukcje genetyczne dotyczące przynajmniej kilku części procesów wykorzystujących tlen — na przykład Henneguya salminicola utraciła swój genom mitochondrialny, którego potrzebują inne komórki zwierzęce, ponieważ zawiera on instrukcje dotyczące używania tlenu. Tracąc genom, pasożyt oszczędza energię, ponieważ nie musi kopiować genów na rzeczy, których już nie potrzebuje.
Ale przede wszystkim jak można przetrwać bez tlenu?
„Zakładamy, że zamiast tego musi absorbować cząsteczki związane z produkcją energii z komórek gospodarza, które już wykonały część przetwarzania” – mówi Atkinson. „Kradzież czegoś gospodarzowi to podstawa pasożytnictwa!”
Podobnie jak wiele ważnych odkryć, to odkrycie było całkowicie nieoczekiwane — naukowcy mieli nadzieję porównać genomy dwóch małych pasożytów i za każdym razem, gdy próbowali zbadać genom Henneguya salminicola, coś było oczywiście bardzo dziwne. Przyglądając się temu dalej, odkryli, że jego komórki zawierały małą pustą torebkę, w której kiedyś mogły znajdować się mitochondria.
„To odkrycie poszerzyło nasze zrozumienie, co to znaczy być „zwierzęciem”, pokazując, że nawet złożone życie może ewoluować w taki sposób, aby odnieść sukces w środowiskach bez tlenu” – mówi Atkinson. „Świadomość, że zwierzęta beztlenowe mogą istnieć, ostrzega nas przed faktem, że musimy szukać tego u innych gatunków – i być może szukać zwierząt w środowiskach beztlenowych, w których nigdy wcześniej byśmy nie szukali. Od teraz będzie szukać niezwykłych lub brakujących mitochondriów u innych gatunków, aby spróbować odkryć połączenia między gospodarzami, tkankami i środowiskiem, które prowadzą do utraty funkcji mitochondriów, aby wykorzystać metabolizm beztlenowy.
Odkrycie mechanizmów beztlenowych u tych pasożytów może również otworzyć nowe możliwości leczenia, ponieważ do zwalczania innych pasożytów beztlenowych stosuje się określone leki.
